فهرست مطالب

مجله کنترل
سال پانزدهم شماره 3 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نبی فتحی زاده، حسین میرزایی نژاد*، علی حسینی سالاری صفحات 1-12

    سیستم کنترل کشش  از جمله سیستم های مورد نیاز برای افزایش ایمنی خودرو به شمار می آید. این سیستم کنترلی به منظور جلوگیری از لغزش بیش از حد چرخ ها در هنگام شتاب گیری به خصوص هنگامی که خودرو ناگهان شروع به حرکت می کند کاربرد دارد. حفظ لغزش چرخ ها در یک محدوده مطلوب در شرایط جوی و جاده ای نامساعد به دلیل اثرات ناشناخته سطح جاده و همچنین رفتار غیرخطی شدید تایر در طی فرآیند شتاب گیری یک مسئله چالش برانگیز است. از سوی دیگر در طراحی کنترل کننده، وجود برخی نامعینی ها از جمله دینامیک های مدل نشده و عدم قطعیت پارامترهای خودرو، بایستی مورد توجه قرار گیرد. بنابراین وجود یک قانون کنترلی مقاوم غیرخطی برای سیستم کنترل کشش الزامی است. در این مقاله، در ابتدا با استفاده از روش کنترل پیش بین غیرخطی، یک کنترل کننده غیرخطی برای سیستم کنترل کشش طراحی شده است. سپس، عدم قطعیت های ناشناخته سیستم با استفاده از شبکه عصبی شعاعی پایه  به طور تطبیقی تخمین زده شده است. در ادامه برخی از نتایج شبیه سازی جهت ارزیابی رفتار سیستم کنترل پیشنهادی برای ردیابی لغزش چرخ مرجع در حضور نامعینی ها برای مانورهای مختلف ارایه شده اند. نتایج نشان می دهد که سیستم کنترلی پیشنهادی عملکرد مناسبی در برابر اثرات غیرخطی و نامعینی ها دارد.

    کلیدواژگان: سیستم کنترل کشش، لغزش چرخ، کنترل پیش بین غیرخطی، شبکه عصبی
  • نفیسه سهرابی، افشار علی حسینی، وحید پیروزفر، میثم زمانی پدرام* صفحات 13-22

    امروزه در پزشکی استفاده از نانو کربن (CN) کاربرد چشمگیری دارد  از جمله آن می توان به تشخیص بیماری های سرطان و درمان آن ها اشاره نمود. در بین انواع مختلف نانوکربن ها، نانوکربن های لوله ای (CNTs) توجه بسیاری از گروه های تحقیقاتی را در راستای کاربردهای درمانی به خود جذب کرده است. به دلیل ساختار ذاتی نانولوله ها، می توان از آن ها به طور گسترده به عنوان حامل های دارویی استفاده کرد. عامل دار نمودن نانوکربن های لوله ای و ترکیب آن ها با داروها و نانو ذرات مغناطیسی (MNPs)، امکان دارورسانی هوشمند را محقق کرده است. نانوذرات مغناطیسی در کنار نانولوله نقش عملگر را بازی می کنند که قابلیت تحریک توسط میدان مغناطیسی خارجی را دارد. دارو رسانی به یک محدوده خاص به ویژه به داخل سلول های سرطانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای این منظور درک مناسب از میزان نیروی مورد نیاز جهت اعمال بر نانولوله ها و عبور غیر تهاجمی از لایه های غشای سلول های سرطانی در راستای دارورسانی هدفمند و هوشمند بسیار ضروری است. در این تحقیق، چگونگی عبور کنترل شده ی نانولوله های عامل دار شده حاوی داروی ضد سرطان از غشا سلولی(سلول ریه) مورد مطالعه قرار گرفته می شود. مدل ریاضی ارایه شده در این تحقیق، رفتار غشا سلولی در حوزه فرکانس و ارتباط بین سرعت عبور از غشا و نیروی موثر را بیان می کند. داده های محاسبات مولکولی به همراه معادلات دینامیکی در فضای فرکانس به صورت مدل ریاضی ارایه می شود بر مبنای معادلات مستخرج، پروفایل بهینه میدان مغناطیسی خارجی بدست می آید. نتایج و شرایط بهینه ایجاد شده برای میدان مغناطیسی و گرادیان میدان مغناطیسی برای دارورسانی به داخل سلول در فاصله زمانی های 30 ثانیه، 1، 2 و 5 دقیقه ارایه شده است و نتیجه آن شد که هرچه حاصل ضرب گرادیان در میدان مغناطیسی بیشتر باشد، نیروی اعمالی بیشتر می شود و بلعکس. در واقع حاصل ضرب این دوفاکتور است که باعث اعمال نیرو و حرکت نانولوله های عامل دار شده حاوی داروی ضد سرطان می شود. و با اعمال محدوده مجاز میدان مغناطیسی برای سلامت انسان و همچنین با در نظر گرفتن توان دستگاه های موجود جهت اعمال میدان مغناطیسی، با رسم نمودار نتیجه شد که هر چه نیاز به عملکرد سریع تر داشته باشیم، شدت میدان مغناطیسی بیشتری نیز باید اعمال کنیم.

    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، مدل سازی مولکولی، شبیه سازی دینامیک مولکولی، شناسایی سیستم، میدان مغناطیسی، طراحی بهینه
  • یاسین اسدی، ملیحه مغفوری*، احسان بی جامی صفحات 23-33

    امروزه سیستم های صنعتی همواره با محدودیت های متنوعی همراه هستند. پدیده اشباع خروجی و عدم دسترسی به مدل دقیق سیستم، نمونه ای از این محدودیت ها می باشند. در این مقاله یک کنترل کننده داده محور تطبیقی پیش بین برای گروه خاصی از سیستم های غیرخطی ناشناخته در حضور پدیده اشباع خروجی ارایه می شود. طراحی سیگنال کنترلی تنها وابسته به داده های ورودی و خروجی سیستم می باشد و از مدل سیستم هیچ استفاده ای نمی شود. به همین منظور یک مدل جدید خطی دینامیکی از سیستم نامعلوم توسعه می یابد که اثر اشباع خروجی در آن لحاظ شده است. سپس با استفاده از مدل خطی دینامیکی بدست آمده یک ساختار داده محور تطبیقی پیش بین ارایه و اثبات می شود که با گذشت زمان برای سیگنال مرجع ثابت یا متغیر با زمان، خطای تعقیب به ترتیب به صفر و یک مقدار محدود همگرا می شود. با توجه به عدم وابستگی روش پیشنهادی به مدل سیستم، روش پیشنهاد شده نسبت به روش های کنترلی مبتنی بر مدل در برابر تغییرات سیستم مقاوم تر است. همچنین شبیه سازی های انجام شده کارایی روش پیشنهادی را نسبت به چند روش کنترلی داده محور مشخص می نماید.

    کلیدواژگان: کنترل تطبیقی، کنترل پیش بین، کنترل داده محور
  • شاهین درویش پور*، جعفر روشنی یان، طه یاسینی صفحات 35-46

    در این مقاله ایده جدیدی از یک پرنده بدون سرنشین دو پره که به کمک جابجایی مرکز جرم و توسط مکانیزم جرم متحرک کنترل می شود ارایه شده و سپس برای اولین بار طراحی کنترلر پیش بین مبتنی بر مدل خطی برای  چنین پرنده ای ارایه شده است. به دلیل مقید بودن شدید ورودی های کنترلی در این نوع پرنده، لازم است در طراحی کنترلر قیود کنترلی لحاظ شوند و به همین دلیل سایر روش های کنترل نامقید در این نوع پرنده قابل استفاده نیستند. کنترلر پیش بین مبتنی بر مدل خطی طراحی شده بر مبنای قیود کنترلی، بر روی مدل دینامیکی غیرخطی حرکت در صفحه پرنده فوق پیاده سازی شده و با کنترلر LQR مقایسه شده است، همچنین اثر در نظر گرفتن قیود کنترلی بر عملکرد کنترلر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی عملکرد قابل توجه این نوع کنترلر را در کنترل پرنده ضمن رعایت قیود کنترلی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: پهپاد، دو پره، مرکز جرم متغیر، کنترل، کنترلر پیش بین مبتنی بر مدل
  • مهران مهدی آبادی، نعمت الله قهرمانی* صفحات 47-54

    در این مقاله، الگوریتم نوینی برای افزایش دقت قیود نهایی مسئله کنترل پیش بین ارایه شده است. در این الگوریتم، با استخراج روابط ریاضی، قیود نهایی از لحظه نهایی به لحظات جاری انتقال یافته و در هر تکرار این انتقال در مسئله بهینه سازی صورت می گیرد. در هر لحظه از بهینه سازی، یک عبارت جدید بر حسب ورودی های کنترل در هر یک از افق های محدود کنترل پیش بین بدست می آید. معادله این قید انتقالی، بر اساس معادلات گسسته متغیر با زمان فرایند تحت کنترل استخراج شده و اجرای آن در هر لحظه، قیود نهایی مسئله را محقق می کند. این الگوریتم جدید پس از استخراج روابط ریاضی آن برای ردیابی مسیر یک ربات با قیود نهایی بکار رفته و کارایی آن با استفاده از شبیه سازی دینامیک ربات نشان داده شده است. همچنین تحلیل پایداری کنترل کننده پیشنهادی با نوشتن یک تابع هزینه مناسب و بکارگیری قضیه لیاپانف صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: کنترل پیش بین، قیود نهایی، قید انتقالی، محاسبات زمان واقعی، تحلیل پایداری
  • حسین فردوسی، مهناز هاشمی* صفحات 55-67

    در این مقاله، مسئله کنترل ردیابی سیستم های چند عامله مرتبه کسری بررسی شده است. نامعینی های پارامتری سیستم، قیود بر خطا، مناسب بودن پاسخ گذرا و ردیابی مطلوب پاسخ از چالش های موجود در این پژوهش است. به دلیل وجود چنین چالش های ذکر شده، رویکرد کنترل تطبیقی و تخمین گر عصبی در این پژوهش به کارگرفته شده اند. در این مقاله، ابتدا به بررسی سیستم های چند عامله مرتبه کسری با پارامترهای نامعین، در حضور محدودیت های خطا پرداخته شده است. سپس، یک کنترل کننده برمبنای کنترل تطبیقی و روش کنترل سطح دینامیکی به نحوی طراحی شده است که هدف کنترلی تعقیب خروجی مطلوب با وجود برآورده شدن قیود خواسته شده محقق شود. کارایی موثر کنترل کننده پیشنهادی، با شبیه سازی توسط نرم افزار متلب در قسمت شبیه سازی نتایج نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: دینامیک مرتبه کسری، سیستم های غیرخطی چند عامله، نامعینی پارامتری، شبکه-های عصبی، کنترل کننده تطبیقی
  • حامد حقیقی*، حسن زرآبادی پور صفحات 69-82

    در این مقاله برای پوشش وسیع تر عیوب موتور القایی سه فاز، یک مدل دینامیکی در دستگاه مختصات d-q معرفی شده است. در این دستگاه مختصات، به دلیل ارزیابی جریان های استاتور به جای روتور، امکان پیاده سازی و تحلیل دقیق تر میسر می شود. در مدل پیشنهادی، دو عیب ناهم محوری و اتصال کوتاه شدن سیم پیچ استاتور بررسی گردیده است. نتایج بررسی نشان می دهد که مدل پیشنهادی توانسته است بیش از 70% عیوب موتور القایی سه فاز را تحت پوشش قرار دهد.

    کلیدواژگان: موتور القایی، ناهم محوری، سیم پیچ استاتور، عیب
|
  • Nabi Fathizadeh, Hossein Mirzaeinejad*, Ali Hosseini Salari Pages 1-12

    Traction control system (TCS) is one of the necessary systems for increasing vehicle safety. This control system is used to prevent excessive slipping of wheels especially when the vehicle suddenly starts to move. Keeping the wheels slip in a desirable range under unfavorable weather condition is a challenging issue due to unknown effects of road surface and severe nonlinear behavior of tire during the acceleration process. On the other hand, in designing a controller, the existence of some unknown uncertainties such as un-model dynamics and variation of vehicle parameters should be considered. Therefore, the presence of a nonlinear robust control law seems avoidable for TCS. In this paper, at first, using nonlinear predictive control method, a modern nonlinear optimal controller is designed for TCS. Then, unknown uncertainties of the system are adaptively estimated using a radial basis function neural network (RBFNN). Finally, some simulation results are presented for tracking the reference wheel slip in the presence of uncertainties for different maneuvers in order to assess the behavior of the proposed control system. The results show the effectiveness of the proposed control system against the nonlinear effects and uncertainties.

    Keywords: Traction control system, Wheel slip, Nonlinear predictive control, Neural network
  • Nafiseh Sohrabi, Afshar Alihosseini, Vahid Piroozfar, Maysam Zamani Pedram* Pages 13-22

    Recently, Carbon Nano (CN) structures are widely used in medical applications, especially the detection and treatment of cancer disease. Among various types of CNs, Carbone Nano Tubes (CNTs) attracted many researchers' attention to consider them toward clinical application. Regarding the intrinsic structure of CNTs, they can be used widely in drug delivery applications. Functionalized CNTs and conjugated with drug and magnetic nanoparticles (MNPs), represents an opportunity toward targeted drug delivery. In the mentioned system, MNPs play as a magnetic actuator, which can be externally excited. Delivery of the drug to a specific area, specifically inside the cellular membrane, is essential. To conduct a well-designed delivery system, the interaction force profile is needed to cross the CNTs through the membrane. The process is the primary point in a targeted drug delivery system. In this study, the computational analysis of crossing functionalized /CNTs containing anti-cancer drug through the cell membrane (lung cell) are investigated. The mathematical model shows the frequency behaviour of the cell membrane and provides a physical relation between crossing velocities and interaction forces.  In this paper, the result is based on a complex Molecular scale simulation in which they entirely compute the producer of drug delivery. The dynamics equation of the system is presented in the time and frequency domain, which can lean to provide an optimal external magnetic field profile. This design helps nanotechnologist to precisely analyze drug delivery dynamics during the time and how to implement in clinical applications. The results provide an optimal profile to deliver the drug and crossing through the cell membrane in 30 seconds, 1, 2 and 5 minutes.

    Keywords: Carbon Nano Tube (CNT), Molecular Scale Modeling, MD simulation, System Identification, Magnetic field, Optimized design
  • Yasin Asadi, Malihe Maghfoori*, Ehsan Bijami Pages 23-33

    Nowadays, industrial systems deal with a wide range of constraints. Output saturation and lack of system model are two types of these constraints. In this paper, a Data-Driven Adaptive Predictive Control (DDAPC) is propounded for a family of unknown non-linear systems featuring output saturation. The design of the control signal only dependent on the input and output data of the system. In this regard, a new adaptive predictive control scheme is suggested using the new developed dynamic linearization model. The stability analysis of the proposed method is provided by proving the boundedness of the tracking error for both time varying and constant desired reference signal and considering the output saturation data, which is a common physical constraint in industrial systems. Furthermore, the proposed method is more robust against the model uncertainties and nonlinearities, in comparison with the common model-based adaptive methods, since its controller design procedures as well as the stability analysis are independent of plant model. To verify the efficiency and applicability of the suggested approach some applicational and numerical simulation examples are provided.

    Keywords: Adaptive Control, Predictive Control, Data-Driven Control
  • Shahin Darvishpoor*, Jafar Roshanian, Taha Yasini Pages 35-46

    This paper presents design and implementation of Model Based Predictive Controller (MPC) for a novel Bi-Rotor Moving Mass Controlled (MMC) Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Due to the strict constrained control inputs in this type of UAV, it is necessary to take into account the constrained controller design and un-constrained control methods are not applicable. MPC controller which is designed based on the linear model by considering control constraints, is implemented on the nonlinear model of the UAV’s planar motion and compared with LQR controller, the simulation results show significant performance of this controller in control of the UAV while respecting control constraints.

    Keywords: UAV, Bi-Rotor, Moving Mass Control, Control, MPC
  • Mehran Mahdi Abadi, Nematoolah Ghahremani* Pages 47-54

    In this paper, a new algorithm in order to increase the satisfaction of terminal constraints in the predictive control problem is presented. In this algorithm, by extracting mathematical relations, the terminal constraints are transferred from the final moment to the current moments. In each iteration, this transformation takes place in the optimization problem. At each moment of optimization, a new expression is obtained in terms of control inputs in each of the finite prediction control horizons. The equation of this transfer constraint is derived based on the variable discrete equations with the time of the controlled process and its execution at any moment fulfills the final constraints of the problem. This new algorithm, after extracting its mathematical relationships, is used to track the path of a robot with terminal constraints, and its performance is demonstrated using robot dynamics simulations. Also, the stability analysis of the proposed controller is performed by writing an appropriate cost function and applying Lyapunov theorem.

    Keywords: Model Predictive Control, Terminal Constraints, Transformed Constraint, Real Time Computation, Stability Analysis
  • Hossein Ferdowsi, Mahnaz Hashemi* Pages 55-67

    In this paper, the problem of fractional order multi-agent tracking control problem is considered. Uncertainties, error constraints, transient response suitability and desirable response tracking problems are the challenges in this study. Because of these problems and challenges, the  adaptive control and Neural Networks approximators approaches are used in this study. In the first part of this article, the fractional order multi-agent systems are investigated with unknown parameters in the presence of error constraints. Then, a controller is designed on the basis of adaptive control and dynamic surface control so that the control objective of pursuing the desired output is achieved in the presence of the required constraints. The effective performance of the proposed controller is demonstrated by simulation by MATLAB software.

    Keywords: Fractional- order dynamics, Multi-agent nonlinear systems, Unknown parameter, Neural Networks, Adaptive control
  • Hamed Haghighi*, Hassan Zarabadipour Pages 69-82

    A dynamic model in the d-q frame is introduced for wider coverage of the faults of three-phase induction motor. In this frame, it is possible to implement and analyze more accurately due to the evaluation of stator currents instead of rotor. In the proposed model, eccentricity and stator winding faults have been investigated. The results could cover more than 70% of the faults of the three-phase induction motor.

    Keywords: Induction motor, eccentricity, stator winding, fault